Справочник по катерам, лодкам и моторам

Плавучесть, пассажировместимость и грузоподъемность

Плавучесть — это способность судна держаться на плаву, имея заданную осадку при определенной нагрузке. Однако элементом, ограничивающим грузоподъемность и пассажировместимость малых судов, чаще является не осадка, а высота надводного борта (и остойчивость). При посадке большого числа людей в открытую шлюпку можно заметить, как с очередным пассажиром уменьшается высота надводного борта. Следовательно, высота надводного борта является первым ограничителем грузоподъемности.

Минимальной высотой надводного борта для открытых (беспалубных) судов можно считать норму Регистра СССР, предъявляемую к спасательным шлюпкам: надводный борт в полном грузу должен составлять не менее 6 % длины судна. Однако чтобы шлюпка могла плавать по взволнованной поверхности моря, борт в носу должен составлять более 10 % длины. Примерно такие же пределы указаны в ГОСТ 19105—79 ¹, где в зависимости от высоты надводного борта оговаривается расчетная высота волны, при которой допускается эксплуатация судна (см. табл. 1; при высоте надводного борта 0,20 м лодка может быть допущена к плаванию при волне, не превышающей 0,25 м).

¹ ГОСТ 19105—79 «Суда прогулочные гребные и моторные. Типы, основные параметры и общие технические требования».

Рис. 5. Схема определения высоты борта: а — в корме мотолодки при наличии подмоторной ниши; б — в корме катера (F_к — до нижней кромки воздухозаборного отверстия); в — на миделе; г — у форштевня.

B и L — точки замера наибольшей ширины и длины судна.

Минимальная высота надводного борта принята в качестве критерия и в других правилах постройки малых прогулочных и туристских судов. В частности, в правилах «Дет Норске Веритас», принятых в странах Скандинавии, минимальный надводный борт при полной нагрузке должен быть не менее 0,20 B, где B — ширина судна, а на самых маленьких лодках — не менее 0,2 м.

Несколько слов о замерах высоты надводного борта. Для открытой гребной шлюпки ее определить несложно, однако все чаще в проектах моторных лодок и катеров, особенно строящихся из стеклопластика, конструкторы стараются разбить высокий надводный борт на две узкие части, помещая привальный брус где-то посередине его высоты. В этих случаях принято измерять высоту надводного борта на миделе от ватерлинии до верхней кромки водонепроницаемой конструкции, например, комингса кокпита (рис. 5). В корме высота борта замеряется до верхней кромки переборки подмоторной ниши или до выреза в транце под мотор, если ниши нет. В носу высота борта замеряется до привального бруса или до точки касания линейки, приложенной к брусу и к палубе, как показано на рис. 5, г.

Вполне понятно, что грузоподъемность и пассажировместимость малого судна зависят от его размерений и объема корпуса. Несложно определить массу груза, при котором осадка лодки увеличится на 1 см. Она будет равна произведению площади ватерлинии, умноженной на 1 см (0,01 м) и плотность воды γ:

Δ = γ · α · L · B  т.

Здесь α — коэффициент полноты площади ватерлинии, L и B — длина и ширина судна по ватерлинии, м. Для прикидочных расчетов коэффициент α можно принимать равным 0,75—0,80 для мотолодок и катеров и 0,62—0,70 для гребных круглоскулых лодок с традиционными обводами.

Зная минимально допустимую высоту надводного борта F_мин, можно вычислить предельную грузоподъемность данного судна, умножив полученное значение Δ на разность между фактическим надводным бортом при осадке судна порожнем, но со снабжением и запасом горючего на борту, и F_мин. Разделив же грузоподъемность на 75 кг (масса одного человека; с багажом — 100 кг), получим предельную пассажировместимость.

Подобные расчеты будут иметь силу лишь в том случае, если не нарушаются два основных эксплуатационных качества судна — его остойчивость и непотопляемость. Поэтому в практике работы органов надзора за безопасностью плавания на малых судах используются другие методы, включая полные испытания построенных головных образцов в различных условиях.

Инспекторы Береговой охраны США для быстрой прикидки максимального числа людей, допустимого к посадке в лодку, пользуются простой приближенной формулой:

n =	Lнб · Bнб	= 0,7Lнб · Bнб  чел.
	1,4

Если получится дробное число, оно округляется до целого меньшего числа.

Максимальная вместимость спасательных шлюпок определяется в зависимости от валового — полного — внутреннего объема шлюпки посредством деления величины этого объема на 0,283 м³ — условный объем, который занимает в шлюпке сидящий человек. Эта норма, однако, для оценки вместимости прогулочных лодок не пригодна, ибо она должна применяться в сочетании с целым рядом других ограничений, касающихся остойчивости и непотопляемости судна, оговоренных специально для спасательных шлюпок и проверяющихся Регистром СССР при их испытаниях.

Рис. 6. Положение «плоскости статического плавания» при наличии самоотливной ниши (SFP₁) и без нее (SFP₂).

В практике ассоциации лодочной промышленности США BIA принят стандарт BIA-303‑77 «Грузоподъемность лодки». Расчет основан на определении объема корпуса лодки от киля до условной плоскости «статического плавания» SFP (рис. 6). Эта условная ватерлиния проходит через самую носовую точку форштевня и ниже каких-либо отверстий в корпусе, через которые в него может попадать вода. В случае, если транец имеет вырез под мотор, плоскость «статического плавания» SFP₂ проходит через верхнюю кромку транца. Если подмоторная ниша отделена от кокпита водонепроницаемой переборкой, то плоскость SFP₁ касается верхнего края этой переборки.

Таким образом, в расчет принимается полный водонепроницаемый объем корпуса лодки. Если умножить его величину на плотность вытесняемой воды, то получится максимальное водоизмещение судна, которое плавает при погружении корпуса по плоскость SFP. Из этой величины водоизмещения вычитают массу корпуса с закрепленным на нем оборудованием и массу топлива в стационарных баках. Одна пятая (20 %) оставшегося водоизмещения и является допустимой нагрузкой для данного судна (если оно рассчитано на подвесной мотор) по стандарту BIA:

Q1 =	1	(γ·V − G1) т,
	5

где γ — плотность воды, т/м³; V — объем корпуса до плоскости SFP, м³; G₁ — масса лодки, включая корпус и оборудование, постоянно в ней закрепленное, т.

Если на лодке используется подвесной мотор мощностью менее 2 л. с. или лодка гребная, то рассчитанная таким образом грузоподъемность может быть увеличена на 50 %.

При стационарной механической установке из максимального водоизмещения кроме массы корпуса и закрепленного оборудования вычитается масса двигателя, аккумуляторных батарей, цистерн с топливом (все вместе — G₂), и грузоподъемность Q₂ определяется по формуле:

Q2 =	1	(γ·V − G2) т.
	7

Q₂ в данном случае является допустимой полезной нагрузкой, которую составляют на прогулочном судне пассажиры и багаж. В отечественной практике для определения пассажировместимости масса одного человека с багажом принимается за 100 кг; за рубежом в расчетах используется средняя масса человека, равная 75 кг (без багажа).

Для определения полезной нагрузки лодки с подвесным мотором необходимо из допустимой нагрузки Q₁ вычесть массу подвесного мотора, стартерной батареи и дистанционного управления.

Например, объем корпуса мотолодки «Прогресс-2» по ватерлинию «статического плавания» равен 3,27 м³; масса корпуса — 170 кг; масса подвесного мотора «Вихрь-30» — 48 кг; масса бензобака — 22 кг; стартерной батареи — 10 кг.

Таким образом, по правилам BIA максимально допустимая нагрузка должна была бы составить

Q1 =	1	· (3270 − 170) = 620 кг,
	5

а масса пассажиров, допускаемых к посадке в лодку:

Q_п = 620 − (48 + 22 + 10) = 540 кг

или

540 : 100 = 5 чел.

При оценке грузоподъемности по описанному выше методу важно, чтобы водонепроницаемый объем корпуса соответствовал в действительности принятому положению плоскости «статического плавания». Ниже этой плоскости недопустимы какие-либо отверстия в бортах или в переборках подмоторной ниши. Отверстия для прохода тросов дистанционного управления, если они делаются ниже SPF, должны быть снабжены уплотнениями (сальниками).

Для того чтобы судно плавало по конструктивную ватерлинию, имея заданную осадку и высоту надводного борта, кроме соблюдения равенства весовой нагрузки судна его объемному водоизмещению, умноженному на плотность воды, необходимо выполнение второго условия; центр тяжести судна (ЦТ), определенный с учетом положения массы пассажиров, подвесного мотора, запаса топлива и прочих грузов, должен располагаться на одной вертикали с точкой приложения равнодействующих сил плавучести. Такой точкой является центр тяжести воды в объеме подводной части корпуса, называемый центром величины (ЦВ). Поскольку подводная часть корпуса симметрична относительно ДП, то ЦТ должен располагаться, как и ЦВ, точно в ДП судна. В случае смещения ЦТ в сторону какого-либо борта судно получает начальный угол крена на тот же борт. Следовательно, высота надводного борта с этой стороны уменьшится и потребуется меньшее кренящее усилие, чтобы наклонить судно до его заливания или опрокидывания, чем это требовалось бы при симметричном расположении нагрузки.

Если из-за неточностей, допущенных при проектировании или постройке судна, ЦТ окажется смещенным в нос или корму от ЦВ, то оно получит наклон — начальный дифферент соответственно на нос или на корму. Дифферент существенно влияет на ходовые качества малого судна и поведение его на волне. Дифферент на нос всегда нежелателен, так как лодка становится неустойчивой на курсе, сильно зарыскивает и плохо всходит на встречную волну. Кроме того, на судах некоторых типов при сильном носовом дифференте из воды выходит более широкая кормовая часть корпуса, площадь ватерлинии и ее ширина уменьшаются, вследствие чего судно становится валким (легко получает крен при незначительных кренящих силах).

Чрезмерный дифферент на корму на тихоходной лодке может стать причиной погружения в воду широкого транца и вследствие этого — повышенного сопротивления воды. Кроме того, создается опасность заливания лодки через транец попутной волной или при случайном перемещении в корму пассажира. Об этом нужно помнить и на глиссирующей мотолодке: чтобы избежать заливания мотора при его ремонте на плаву, лучше всего попросить пассажиров переместиться ближе к носу лодки.

В подавляющем большинстве случаев ЦТ и соответственно ЦВ судна располагаются немного в корму от мидель-шпангоута, поскольку носовая часть корпуса более острая, чем кормовая. На водоизмещающих лодках и катерах это смещение невелико — не превышает 10 % L. Однако для более быстроходных судов, особенно для глиссирующих, желательна более кормовая центровка, при которой ЦТ располагается от транца на расстоянии 36—41 % L. На расчетном режиме движения эти катера поддерживаются гидродинамическими подъемными силами, результирующая которых приложена в кормовой трети днища. Смещение ЦТ к транцу позволяет получить оптимальный угол атаки днища и смоченную длину. Начальный дифферент на нос на глиссирующем судне хотя и облегчает в ряде случаев выход на глиссирование, становится причиной продольной неустойчивости движения на полном ходу — дельфинирования.

Чтобы судно после постройки и спуска на воду село точно по заданную ватерлинию, конструктор еще при разработке чертежей должен выполнить предварительный расчет весовой нагрузки и координат центра тяжести судна по основным разделам: корпус; фундамент под двигатель; дельные вещи и палубное оборудование; рубка или надстройка; оборудование внутренних помещений; двигатель с трубопроводами и гребным валом; рангоут, такелаж и паруса; электрооборудование; системы с трубопроводами и цистернами; полезная нагрузка: экипаж, запасы пресной воды и провизии, горючее для двигателя; снабжение; балластный фальшкиль (на парусных яхтах). Некоторые из элементов весовой нагрузки известны заранее, например, масса двигателя, экипажа, запасов горючего, воды и провизии, якорей и других предметов снабжения. Другие разделы — масса корпуса, оборудование помещений и т. п., сначала рассчитываются приближенно, по данным уже построенных судов аналогичного типа и близких размерений.

В дальнейшем, разрабатывая рабочие чертежи для постройки судна, конструктор рассчитывает массу каждой детали корпуса, устройств и оборудования, определяет координаты их центров тяжести по длине (от миделя), высоте (от ОП) и ширине (от ДП) и вносит эти данные в сводную таблицу весовой нагрузки. Сумма моментов масс всех деталей относительно базовых плоскостей (они равны произведению массы детали на соответствующую координату ее центра тяжести), поделенная на весовое водоизмещение, дает соответствующую координату общего ЦТ судна.

Существенное влияние на дифферент судна оказывают переменные грузы — топливо и вода в цистернах, которые расходуются в течение плавания, а также перемещения экипажа вдоль судна. Поэтому цистерны для расходуемых жидкостей стараются разместить вблизи общего ЦТ, а для экипажа предусматривают штатные места на время хода.